基于IEEE 802.11 DCF的无线传感器网络自适应紧急上报与兴趣命令协议

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无线传感器网络MAC协议决定其无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建无线传感器网络系统的底层基础结构。无线传感器网络MAC协议对整个无线传感器网络的性能有着较大的影响,是保证无线传感器网络高效通信的关键技术之一。 无线传感器网络是以数据为中心面向应用的计算机网络,并且单个节点的功能比较弱,整个传感器网络强大的功能必须由众多节点协作完成。无线传感器网络MAC协议的设计重点要考虑以下几个方面: (1) 能源节省。无线传感器网络的节点一般由干电池等提供能量,并且电池的能量难于补充,为了保证网络能有效工作,MAC协议在满足应用要求的前提下,应优先考虑能源节省。 (2) 可扩展。由于传感器节点数目,节点分布密度等在整个网络的生存期动态变化,有时会根据具体的应用需要加入一些新的节点;因此无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。MAC协议也应具有可扩展性,以适应这种动态变化的拓扑结构。 (3) 网络效率。网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。 无线传感器网络的一个具体应用就是数据采集与环境监测,本文据此实际应用,基于IEEE 802.11 DCF提出了一种无线传感器网络自适应紧急上报与兴趣命令协议(AERAID-MAC)。利用CSMA/CA等技术,构造以SINK为根的层次树。由紧急上报和兴趣命令两个事件驱动,通过自适应断链恢复,事件源数据融合,信道预约,周期睡眠等策略,达到了能源高效的同时也明显的减少了延时。OPNET软件仿真显示它的各项性能比同类型的协议(如S-MAC)有显著的提高。 由于AERAID-MAC的主要节能策略是采用周期睡眠技术,为了使局部节点能有一致的协调睡眠机制,根据AERAID-MAC生成的数据结构,通过对无线传感器网络时钟同步的研究,提出了适用于单跳网的虚拟时戳时钟同步算法与适用于多跳网的父亲责任链时钟同步算法。为确保整个时钟同步的健壮性与同步过程低的能量消耗,进而提出了携子寻父算法;当利用邻居表构造的层次链路树发生断链时,其以较小的代价快速恢复父亲责任链。实验结果显示其具有较高的精度,适合于大规模无线传感器网络的数据采集与监测等应用,从而适应AERAID-MAC的时钟同步。
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